甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽及其純化

張春芳，任保增

(1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ，河南 鄭州 450001;2.鄭州科學(xué)技術(shù)館 ，河南鄭州 450007)

甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽及其純化

張春芳1，2，任保增1

(1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ，河南 鄭州 450001;2.鄭州科學(xué)技術(shù)館 ，河南鄭州 450007)

介紹了甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽的理化性質(zhì)及分析方法，用重結(jié)晶法對(duì)其進(jìn)行純化，研究了溶劑選擇、溶劑用量、溫度等因素對(duì)純化的影響。

甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽(甲維鹽);測(cè)定分析;重結(jié)晶

Abstract:Emamectin benzoate，including its physicochemical properties and analysis method are introduced，it is purified by recrystallization，the effect of the solvent selection，solvent volume，and temperature to purification are studied.

Key words:emamectin benzoate;determination and analysis;recrystallization

0 前言

甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽簡(jiǎn)稱甲維鹽，是新一代的綠色農(nóng)藥，具有活性高、殘留少、毒性低、安全性好、劑型先進(jìn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在全世界被廣泛運(yùn)用。

甲維鹽是由美國(guó)默克公司于1984年首先發(fā)現(xiàn)并研制開發(fā)成功，國(guó)內(nèi)河北威遠(yuǎn)生化股份公司、南開大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)研究所等公司也研制開發(fā)，它是農(nóng)用抗生素阿維菌素B1結(jié)構(gòu)修飾產(chǎn)物，由阿維菌素經(jīng)化學(xué)半合成而得，其活性提高了10～1000倍，毒性卻大大降低，被業(yè)內(nèi)認(rèn)定將成為21世紀(jì)殺蟲劑主導(dǎo)產(chǎn)品[2]。

甲維鹽殺蟲劑已被世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛用于糧食、經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜害蟲的防治，研究表明，甲維鹽在非常低的劑量下具有良好的效果，它對(duì)防治棉鈴蟲、螨蟲等害蟲有極高的活性，且對(duì)其他農(nóng)藥已產(chǎn)生抗性的害蟲仍有高效;甲維鹽對(duì)作物安全無(wú)內(nèi)吸性能，但能有效滲入施用作物表皮組織，因而具有較長(zhǎng)殘效期，很少受環(huán)境因素如風(fēng)、雨等影響;該藥在土壤中易降解，無(wú)污染、無(wú)殘留，在防治害蟲的常規(guī)劑量范圍內(nèi)對(duì)有益昆蟲及害蟲天敵、人、畜安全，可與大部分農(nóng)藥混用，是一種高效綠色殺蟲劑[3]。

目前國(guó)內(nèi)甲維鹽產(chǎn)品的含量大多為60%～70%，也有80%、90%、95%等幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)品純度能達(dá)到90%以上的廠家則是屈指可數(shù)[1]，目前還沒見到關(guān)于甲維鹽純化的研究報(bào)道。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，重結(jié)晶法是純化物質(zhì)常用的方法，它操作簡(jiǎn)單，分離效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

1 甲維鹽結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

甲維鹽也稱埃瑪菌素，英文通用名稱為 Emamectin－benzoate(B1a/B1b)，分子式:C49H75NO13C7H6O2(B1a);C48H73NO13C7H6O2(B1b)。結(jié)構(gòu)式如下:

主要理化性質(zhì):熔點(diǎn)，141～146℃，原藥為白色或淡黃色結(jié)晶粉末;易溶于丙酮、甲醇、乙醇等極性有機(jī)溶劑，不溶于己烷等非極性有機(jī)溶劑，微溶于水;在通常儲(chǔ)存條件下有效成分和制劑長(zhǎng)期穩(wěn)定(pH值為5.0～7.0)，對(duì)熱穩(wěn)定，但可被強(qiáng)氧化劑氧化，對(duì)紫外線不穩(wěn)定。

2 甲維鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

2.1 儀器和試劑

高效液相色譜儀，Agilent 1100;島津紫外可見光分光光度計(jì);檢測(cè)波長(zhǎng):250 nm;甲醇、乙腈，色譜級(jí);水，新蒸二次蒸餾水;氨水，ω(NH3)=25% ～28%;甲維鹽標(biāo)樣 (B1a+B1b)，96.3%。

2.2 色譜條件

色譜柱:250 mm ×4.6mm(i.d.)不銹鋼柱，內(nèi)裝Nova一 ParkC18、粒徑為5μm的填充物;柱溫:25℃;進(jìn)樣量:20 μL;進(jìn)樣溶液質(zhì)量濃度約為0.4×10－3kg/L;流動(dòng)相:V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(氨水溶液)=42∶42∶16;氨水溶液:V(H2O)∶V(NH3·H2O)=300 ∶1;流速:0.6mL/min;保留時(shí)間:甲維鹽 B1a約24.0min，B1b約30.0min。圖1 為測(cè)出的甲維鹽標(biāo)樣的高效液相色譜圖。

圖1 甲維鹽標(biāo)樣的高效液相色譜圖

2.3 計(jì)算公式

式中:A1，標(biāo)樣溶液中甲維鹽(Bla+Blb)峰面積的平均值;A2，試樣溶液中甲維鹽(B1a+B1b)峰面積的平均值;m1，標(biāo)準(zhǔn)品甲維鹽的稱重量(g);m2，樣品的質(zhì)量，g;P，標(biāo)準(zhǔn)品甲維鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;X，試樣中甲維鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

3 甲維鹽的重結(jié)晶純化實(shí)驗(yàn)

重結(jié)晶是純化固體物質(zhì)的一種行之有效的方法，具有處理量大、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高的特點(diǎn)。甲維鹽對(duì)熱穩(wěn)定，在丙酮中的溶解度隨溫度升高而上升很快，在低溫下可以結(jié)晶析出，適合濕法結(jié)晶的要求，可以用重結(jié)晶的方法進(jìn)行精制提純[4]。

3.1 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器及設(shè)備

表1 實(shí)驗(yàn)用主要試劑及儀器設(shè)備

3.2 溶劑的選擇

溶劑的選擇與重結(jié)晶的效果關(guān)系很大，是關(guān)系到純化質(zhì)量和回收率的關(guān)鍵問(wèn)題。必須依照重結(jié)晶溶劑的選擇原則來(lái)確定適合的溶劑:對(duì)主要化合物可溶，對(duì)雜質(zhì)微溶或不溶，容易揮發(fā)，易與結(jié)晶分離除去。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)選用丙酮作溶劑。

3.3 影響結(jié)晶的因素

選擇好重結(jié)晶溶劑，還要注意影響重結(jié)晶的一些因素。重結(jié)晶過(guò)程中，結(jié)晶數(shù)目和顆粒大小是由成核速率和生長(zhǎng)速率控制，根據(jù)結(jié)晶過(guò)程的基本理論，控制產(chǎn)品晶體粒度分布的主要方法是控制結(jié)晶過(guò)程中的操作條件，如結(jié)晶濃度、降溫速率、養(yǎng)晶時(shí)間、攪拌速度、晶種加入、不良溶劑加入等[5]。本文從晶種加入溫度點(diǎn)、結(jié)晶濃度、結(jié)晶控溫程序等方面對(duì)重結(jié)晶過(guò)程的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3.3.1 結(jié)晶溫度點(diǎn)的選擇

為從溶液中更快更好的析出晶體，可以考慮投入晶種，以供給定型晶核，使晶體迅速形成，這樣不僅能提高結(jié)晶物的純度，而且對(duì)晶型的形成也有很好的誘導(dǎo)作用，但晶種的質(zhì)量和下種的時(shí)間點(diǎn)很關(guān)鍵，如果結(jié)晶溫度過(guò)低，結(jié)晶速度過(guò)快，晶體有可能包裹雜質(zhì)結(jié)晶出來(lái)，一般應(yīng)在冷卻過(guò)程中特別是臨近析出時(shí)加入該晶型的少量晶種去結(jié)晶。甲維鹽粗化物的提純，持續(xù)降溫至5℃，一直沒發(fā)現(xiàn)有晶體析出，于是考慮加入晶種，發(fā)現(xiàn)有大量晶體迅速析出，為找到適合的甲維鹽結(jié)晶點(diǎn)，進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 晶種加入溫度點(diǎn)與結(jié)晶速率、產(chǎn)品質(zhì)量及收率關(guān)系表

3.3.2 溶劑用量對(duì)結(jié)晶的影響

溶劑用量是重結(jié)晶過(guò)程中非常重要的一個(gè)參數(shù)，它對(duì)產(chǎn)品的純度和收率都有很大影響，因?yàn)榻Y(jié)晶濃度的高低，決定過(guò)飽和度的高低，過(guò)飽和度的高低直接影響著晶核形成過(guò)程和晶體生長(zhǎng)過(guò)程的快慢，而這兩個(gè)過(guò)程的快慢又影響著結(jié)晶產(chǎn)品中晶體的粒度及粒度分布。當(dāng)溶劑量過(guò)大時(shí)，過(guò)飽和度低，晶體的完整性好，不產(chǎn)生包藏，純度就相對(duì)較高，但結(jié)晶速度慢，回收率低;當(dāng)溶劑量過(guò)小時(shí)，提高了溶液的過(guò)飽和度，溶液黏度增大，擴(kuò)散阻力增加，結(jié)晶速度減慢，導(dǎo)致晶體不均勻生長(zhǎng)，產(chǎn)生母液包藏現(xiàn)象，產(chǎn)品的純度就會(huì)相對(duì)下降。因此適宜用量的溶劑對(duì)純化結(jié)晶很重要[6]，本實(shí)驗(yàn)研究了一組不同的丙酮加入量對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量及收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 丙酮加入量與產(chǎn)品質(zhì)量及收率的關(guān)系

3.3.3 溫度的控制程序及其它因素

在重結(jié)晶過(guò)程中冷卻速度會(huì)影響產(chǎn)品的純度，如果降溫過(guò)快形成的結(jié)晶就會(huì)很小，表面積增大，吸附的雜質(zhì)就多，在冷卻時(shí)一般應(yīng)采用逐級(jí)冷卻的辦法。丙酮易揮發(fā)其沸點(diǎn)為56℃，設(shè)定其溶解溫度為50～52℃，此溫度下丙酮中甲維鹽的溶解度約為35/100(g/mL);體系抽濾后，要對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行干燥、烘干，對(duì)空氣和溫度穩(wěn)定的物質(zhì)可在烘箱中干燥，烘箱溫度一般應(yīng)比被干燥物質(zhì)的熔點(diǎn)低15～20℃，甲維鹽在烘箱的烘干溫度設(shè)定為100℃。

攪拌速度和養(yǎng)晶過(guò)程對(duì)晶體產(chǎn)品的粒度和粒度分布也有影響，在冷卻過(guò)程中伴隨輕微的攪拌更有利于晶體的形成，適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)晶時(shí)間可對(duì)已純化的產(chǎn)品充分地回收，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定攪拌速度為50 r/min，養(yǎng)晶時(shí)間10h以上。綜合以上情況，甲維鹽重結(jié)晶最佳實(shí)驗(yàn)步驟如下:在500 mL圓底三口燒瓶中，加入20 g純度為73%的甲維鹽，然后邊攪拌便加入量好的丙酮，在50～52℃使其溶解完全，在1.5h內(nèi)降溫至38℃，繼續(xù)在1.5h內(nèi)降溫至18℃，在此溫度下加入0.3g甲維鹽晶種，并保溫10h以上;經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干后，成品進(jìn)行高效液相色譜分析。

4 結(jié)論

用丙酮作溶劑，選定合適的降溫程序、攪拌速率、結(jié)晶溫度和適宜的溶劑量，采用重結(jié)晶法能夠使純度為73.5%的甲維鹽純化到87.2% ～93.1%。當(dāng)溶劑多加40% ～50%，溫度降至15～20℃開始結(jié)晶，晶體析出速度適中，晶形細(xì)小，收率可以，產(chǎn)品純度最高，達(dá)到93.1%。

[1]張海建，蔡建國(guó)，張國(guó)躍.甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽原藥結(jié)晶工藝優(yōu)化[D].華東理工大學(xué)，2010，08.

[2]門 振，溫沛宏，徐波勇，等.生物源殺蟲劑——甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽[J].農(nóng)藥，2001，40(5):43.

[3]畢富春，徐鳳波.甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽研究概述[J].農(nóng)藥科學(xué)與管理，2002，23(3):1001－1003.

[4]于文麗，趙亞平，沈 紅，等.番茄中番茄紅素的純化及表征[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2003，37(5):654－657.

[5]蔡建國(guó).超臨界流體重結(jié)晶一種獲取微顆粒的新方法[J].現(xiàn)代化工，1994，8(12):46.

[6]丁緒淮，談 遒.工業(yè)結(jié)晶[M].第1版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1995:139.

Study on Emamectin Benzoate Ch1orfenapyr and Its Purification

ZHANG Chun－ fang1，2，REN Bao－ zeng1
(School of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou 450001，China;2.Zhengzhou Science＆Technology Museum，Zhengzhou 450007，China)

TQ453.23

A

1003－3467(2012)05－0027－03

2012－02－18

張春芳(1972－)，工程師，從事液固相平衡研究與結(jié)晶分離技術(shù)開發(fā)，電話:(0371)67181029。